馈线自动化模式的应用和优势

按照故障处理方式的不同，馈线自动化可以分为就地控制方式、集中智能方式和分布智能方式3类。

1.重合器方式

就地控制方式（也称重合器方式）不依赖通信，通过重合器、分段器的动作顺序隔离故障，因此适用于通信水平不高的地区。其工作原理是：故障时，通过检测到的电压，以电压保护加时限，利用上一级线路重合器的多次重合，实现故障点隔离，然后按整定的时限顺序自动恢复送电。重合器方式为早期的自动化产品，技术成熟，但可靠性和智能化程度较低，且故障隔离恢复时间较长，适用于早期配电站之间未建立通信通道的环网以及单辐射网。

重合器方式中，重合器和分段器需要进行多次分合操作，才可实现故障的隔离。其切断故障与重合器和分段器的整定时间、开关动作特性有关，且受线路接线方式与故障点位置影响也较大。

以重合器与电压-时间型分段器配合方式为例，在辐射状网络中采用重合器方式如图3-47所示。其中A为重合器，整定为一慢二快，即第一次重合闸时间为15s，第二次重合闸时间为5s；B和D采用电压-时间型分段器，X时限（指从分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延）均整定为7s；C和E采用电压-时间型分段器，X时限均整定为14s；所有分段器的Y时限（指故障检测时间，若分段器合闸后在未超过该时限的时间内又失压，则分段器分闸并闭锁在分闸状态）均整定为5s。

图3-47 辐射状网络采用重合器方式

假设c区段发生故障，重合器与各电压-时间型分段器配合隔离故障的过程为

1）c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，线路失电压，分段器B、C、D和E分闸。

2）15s后，重合器A第一次重合。

3）经过7s的X时限后，分段器B合闸，b区段恢复供电。

4）再经过7s的X时限后，分段器D合闸，d区段恢复供电。

5）分段器B合闸后，经过14s的X时限后，分段器C合闸，重合闸到故障区段，重合闸A再次跳闸，线路失压，分段器B、C、D和E分闸。由于C合闸后未达到5s的Y时限又失压，C闭锁在分闸状态。

6）重合器A经过5s后第二次重合，分段器B、D、E依次自动合闸，从而实现故障区段隔离，恢复健全区段供电。

因此，c区段发生永久性故障后，从故障查找、隔离到完成非故障区域（d、e区段）转供电共耗时79s。此时间为理论上的时延时间，未考虑重合器及分段器的动作特性。

若应用于环状网时，图3-48为环状网开环运行。A为重合器，整定为一慢二快，即第一次重合闸时间为15s，第二次重合闸时间为5s；B、C和D采用电压-时间型分段器并设置在第一套功能，X时限均整定为7s；E设置在第二套功能，X_L时限（相当于X时限，当任一侧失压时启动）整定为45s；所有分段器的Y时限均整定为5s。

图3-48 环状网络采用重合器方式

假设c区段发生故障，重合器与各电压-时间型分段器配合隔离故障的过程为

1）c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，联络开关左侧线路失电压，分段器B、C、D分闸，E启动X_L计时器。

2）15s后，重合器A第一次重合。

3）经过7s的X时限后，分段器B合闸，b区段恢复供电。

4）再经过7s的X时限后，分段器C合闸，重合闸到故障区段c，重合闸A再次跳闸，线路失压，分段器B、C、D分闸。由于C合闸后未达到5s的Y时限又失压，C闭锁在分闸状态。

5）重合器A经过5s后第二次重合，7s后分段器B自动合闸。

6）重合器A第一次跳闸后，经过45s的X_L时限后，E自动合闸，d区段恢复供电。

7）又经过7s时延后，D自动合闸，重合闸到故障区段c，联络开关右侧线路的重合器跳闸，右侧线路失电压，其线路上所有分段器分闸。由于D合闸后未达到5s的Y时限又失压，D闭锁在分闸状态。

8）联络开关及右侧线路的分段器、重合器依次顺序合闸。

重合器方式的馈线自动化，可以达到故障区段隔离和恢复健全区域供电的功能，但是这种馈线自动化模式具有以下缺点：

1）多次重合到永久性故障，对系统多次冲击，造成电压骤降。

2）只能在故障时发挥作用，而在正常运行情况下，操作员对于配电网的运行状况既不能测也不能控。

3）对于具有多个供电途径的配电网络，虽然可以达到隔离故障区段的目的，但是在恢复健全区域供电时，无法择优选择从哪一条备用电源供电。

2.集中智能方式

集中智能型馈线自动化通过配电终端、通信网络和主站系统实现，馈线发生故障后，由配电终端检测电流以判别故障，通过通信网络将故障信息传送到主站，结合配电网的实时拓扑结构，按照计算方法进行故障的定位，再下达命令给相关的馈线自动化终端、断路器等进行开关跳闸动作，从而实现故障隔离。此后，主站通过计算，考虑网损、过负荷等情况后确定出最有效的恢复方案，命令有关配电终端、断路器来完成负荷的转供。

集中智能型馈线自动化根据其运维方式又可分为全自动方式和半自动方式。全自动方式是指线路故障时，主站系统推出故障隔离和转供电策略后，自动根据DA策略下发遥控命令，完成故障区段隔离以及非故障停电区域的转供电；半自动方式是指主站系统推出故障隔离和转供电策略后，并不自动下发遥控命令，而是由调度人员手动下发。

下面以一个手拉手环网的配电网络为例来说明集中智能型馈线自动化的工作原理。如图3-49所示典型的环网柜环形配电网络，正常运行时RMU4的A4-2打开，如F点发生永久性故障，FTU1和FTU2测得有短路电流经过，而FTU3无短路电流经过。主站系统经运算得出故障点在A2-2和A3-1两台负荷开关之间的电路上。DAS系统通过遥控断开A2-2和A3-1两台负荷开关对故障进行隔离，然后遥控合上RMU4的A4-2负荷开关，对RMU3的用户恢复供电，整个过程预计可在1min内完成。其他点的故障，情况类似。

图3-49 环网柜环形配电网络

集中智能型馈线自动化不仅在故障时可以发挥作用，在配电网正常运行时也可进行集中监测和遥控，且不会对系统造成额外的电流冲击，但是需要主站和通信网络，建设费用较高。

3.智能分布式

无论是集中智能型馈线自动化还是重合器方式馈线自动化系统，在馈线发生故障时，都不能避免发生越级跳闸或多级跳闸，从而使故障区段上游健全区域遭受短时停电。随着数字化变电站技术的发展，基于通用面向对象变电站事件（GOOSE）的高速网络通信方式逐渐成熟，为实现具有迅速切除故障且不造成非故障区域停电功能的快速自愈式分布智能馈线自动化系统提供了技术手段。

分布智能方式基于GOOSE的高速网络通信方式，实现终端之间点对点通信，通过面保护原理实现过电流和失压后自动分段、故障隔离、网络重构的功能，配电主站不参与协调与控制，事后配电终端将故障处理的结果上报给配电主站。

分布智能方式馈线自动化旨在实现非故障区域不停电，因此需在保护动作之前完成故障定位、隔离和转供电，这就需要配电网络、一次开关设备和配电终端具备以下条件：

1）实现分布智能方式馈线自动化的配电网络，需全线安装断路器，方可实现保护动作之前，故障区域两侧开关分闸切除故障。(www.xing528.com)

2）配电终端需具备普通配电终端全部功能外，还应具备“对等通信”功能，实现以下功能：

①配电终端可根据事先配置的物理连接信息，在终端层实现线路的全拓扑模型分析。

②与相邻配电终端实现数据交换，发送并接收相邻配电终端的故障信息和开关拒动信息，通过相邻配电终端间的信息配合，实现对故障的自动快速自愈功能。

下面分别以1个典型开环配电网络和1个闭环运行配电网络为例来说明分布智能型馈线自动化的工作原理。

（1）开环配电网

开环运行的配电网故障定位原理：若一个开关的某一相流过了超过整定值的故障电流，则其配电终端向其相邻开关的配电终端发送流过故障电流的信息；若一个配电区域有且只有1个端点上报流过了故障电流，则故障发生在该配电区域内部；否则，故障就没有发生在该配电区域内部。

开环运行的配电网故障隔离机制如下：

1）若与某一个开关相关联的所有配电区域内部都没有发生故障，则即使该开关流过了故障电流也没有必要跳闸来隔离故障区域。

2）只有当与某一个开关相关联的一个配电区域内部发生故障时，该开关才需要跳闸来隔离故障区域。

3）若某个开关收到与其相邻的开关发来的开关拒分信息，则立即分断该开关来隔离故障区域。

开环配电网正常运行时，联络开关处于分闸状态，其断口两侧均带电。若联络开关的一侧发生故障，故障区域隔离后，联络开关一侧失电。对于开环运行的配电网，健全区域自动恢复供电的机制如下：

1）若一个联络开关的一侧失压，且与该联络开关相关联的配电区域内部都没有发生故障，则经过预先整定的延时后，该联络开关自动合闸，恢复其故障侧健全区域供电。

2）若一个联络开关的一侧失压，且故障发生在与该联络开关相关联的配电区域内，则该联络开关始终保持分闸状态。

3）若联络开关收到与其相邻的开关发来的开关拒分信息，则该联络开关始终保持分闸状态。

4）若一个联络开关的两侧均带电，则该联络开关始终保持分闸状态。

5）对于具有多个联络开关提供不同恢复途径的情形，可以通过调整延时合闸来设置它们的优先级。

图3-50所示为一个典型的开环配电网，变电站出线开关、馈线分段开关和联络开关均为断路器。定义配电区域为一组相邻开关围成的馈线段的集合。

假设故障发生在配电区域A-B-C中，则开关S1和A均流过了故障电流，而其余开关均未流过故障电流。

图3-50 一个典型的开环配电网

开关S1的配电终端采集到开关S1和A都流过了故障电流，则判断出故障不在其关联区域S1-A。因此，开关S1不跳闸。

开关A的智能电子设备采集到开关S1和A都流过了故障电流，则判断出故障不在其关联区域S1-A。采集到开关A流过了故障电流而开关B和C都没有，则判断出故障发生在其关联区域A-B-C。因此，该处配电终端控制开关A跳闸来隔离故障区域。

开关B的智能电子设备采集到开关A流过了故障电流而开关B和C都没有流过故障电流的信息，则判断出故障发生在其关联区域A-B-C。因此，该处配电终端控制开关B跳闸来隔离故障区域。同理，开关C跳闸隔离故障区域。

开关E、F、S2的配电终端均未采集到故障信息，则判断它们的关联区域都没有发生故障。因此，它们分别保持原来的合闸状态不变。

故障区域A-B-C被隔离后，联络开关D的配电终端检测到其S1侧失压，且未采集到开关B流过故障电流的信息，则判断故障不在其关联区域B-D，经过一定时延后，联络开关D自动合闸，恢复了健全区域B-D的供电。

（2）闭环配电网

闭环运行的配电网故障定位原理：

若一个开关的某一相流过了超过整定值的故障电流，则其配电终端向其相邻开关的配电终端发送故障信息，信息内容反映故障功率的方向。对于一个配电区域，若其端点上报的故障功率方向都指向该区域内部，则故障发生在该配电区域内部；若某一个端点上报的故障功率方向指向该区域外部或其所有端点都没有上报故障信息，则该配电区域内就没有故障。

闭环运行的配电网故障隔离机制与开环运行的配电网相同。

闭环配电网健全区域自动恢复供电机制：

1）对于各个电源的容量都比较大、足够为一个闭环馈线组上的所有负荷供电的情形，故障发生后，由于不止一个供电电源，因此隔离了故障区域后，健全区域的正常供电就自动得到了恢复，而不必再采取其他控制措施。

2）对于有容量较小的电源（比如可再生能源）存在的情形，故障发生后必须先将容量较小的电源全部切除。为这些容量较小的电源的并网开关配置常规保护设备即可满足上述要求。

3）若经过故障区域隔离和小容量电源切除处理后，存在不能恢复供电的健全区域，则需要由配电自动化主站根据各段馈线所带负荷的实际情况，将剩余的未供电的健全区域遥控分割成若干合适的微网，然后遥控接入相应小容量电源为其供电。在这个过程中，有时会甩去部分负荷以满足小容量电源的容量限制。

如图3-51所示闭环运行的配电网，假设故障发生在配电区域A-B-C中，则开关S1、A、B、D、E、F、S2均流过了故障电流，上报的故障信息中的故障功率方向如图3-51中箭头所示；其余开关均未流过故障电流，因此也不上报故障信息。

图3-51 一个典型的闭环配电网

开关S1的配电终端采集到开关S1和A都流过了故障电流，但是开关A上报的故障功率方向指向区域S1-A外部，则判断出故障不在开关S1的关联区域S1-A。因此，开关S1不跳闸。

开关A的配电终端采集到开关S1、A、B都流过了故障电流，但是开关A上报的故障功率方向指向S1-A外部，则判断出故障不在A的关联区域S1-A；开关A和B上报的故障功率方向都指向区域A-B-C内部，判断故障发生在开关A的关联区域A-B-C。因此，该处配电终端控制开关A跳闸来隔离故障区域。

开关B和C的情形与开关A类似。因此，开关B和C的智能电子设备分别控制开关B和C跳闸来隔离故障区域。

开关D的智能电子设备采集到B、D、E都流过了故障电流，但是开关B上报的故障功率方向指向B-D外部，判断出故障不在D的关联区域B-D，D的故障功率方向指向D-E外部，则判断出故障也不在D的关联区域D-E。因此，开关D不跳闸。

开关E、F、S2的情形与开关D类似，不再赘述。

分布智能方式馈线自动化系统可在保护动作之前隔离故障，保证非故障区域不停电，大大提高供电可靠性。但要求配电终端具备现有普通配电终端不具备的智能性，一般情况下还要将变电站的出线开关的测控装置进行改造，实现与线路开关智能测控装置的统一部署，同时要求全线装设断路器，投资成本较高，可达集中智能型馈线自动化系统投资的3～5倍。因此，一般用于接有重要敏感负荷的馈线。